基本介紹

　　我們一般都認為物質像水一樣都有三態，分別是固態液態跟氣態。其實物質的三態是針對水而言，對於不同的物質，可能有其他不同的狀態存在。以我們要談到的液晶態而言，是介於固體跟液體之間的一種狀態，其實這種狀態僅是材料的一種相變化的過程，只要材料具有上述的過程，即在固態及液態間有此一狀態存在，物理學家便稱之為液態晶體。

　　液晶能像液體一樣流動，但仍保持一定程度的晶體有序結構的物質。某些有機物質在加熱時不直接熔化，而由晶態變為液晶(介晶)態。如果進一步加熱到某一溫度時，則形成真正(各向同性)液體。液晶態同時具有晶態和液態的某些特性，但總的來說，具有其獨特性質。由於產生液晶狀態的分子力很弱，其結構易受機械應力、電磁場、溫度和化學環境等變化的影響。

　　這種液態晶體的首次發現，距今已有一百多年了。在西元1888年，被奧地利的植物學家Friedrich Reinitzer所發現，化在觀察從植物中分離精製出的安息香酸膽固醇(cholesteryl benzoate)的融解行為時發現，此化合物加熱至145.5℃時，固體會熔化，呈現一種介於固相和液相間之半熔融流動白濁狀液體。這種狀況會一直維持溫度升高到178.5℃，才形成清澈的等方性液態(isotropic liquid)。1889年，研究相轉移及熱力學平衡的德國物理學家O.Lehmann，對此化合物做更詳細的分析。他在偏光顯微鏡下發現，此黏稠之半流動性白濁液體化合物具有異方性結晶所特有的雙折射率(birefringence)之光學性質，即光學異相性(optical anisotropic)，故將這種似晶體的液體命名為液晶。此後，科學家將此一新發現的性質，稱為物質的第四態 - 液晶(liquid crystal)。它在某一特定溫度的範圍內，會具有同時液體及固體的特性。

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液晶的分類

　　其結構是由液晶棒狀分子聚集一起，形成一層一層的結構，每一層的分子之長軸方向相互平行，且此長軸方向對於每一層平面是垂直或有一傾斜角。由於其結構非常近似於晶體，所以又稱做近晶相，其秩序參數S(order parameter)趨近於1。在層狀型液晶層與層間的鍵結會因為溫度而斷裂，所以層與層間較易滑動。但每一層內的分子鍵結較強，所以不易被打斷。因此就單層來看，不僅排列有序，且黏性較大。

　　如果利用巨觀的現象來描述液晶的物理特性的話，可以把一群區域性液晶分子的平均指向定為指向矢(director)，這就是這一群區域性的液晶分子平均方向。而以層狀液晶來說，由於其液晶分子會形成層狀的結構，因此又可就其指向矢的不同再分類出不同的層狀液晶。當其液晶分子的長軸都是垂直站立時，就稱之為「Sematic A phase」。如果液晶分子的長軸站立方向有某種的傾斜(tilt)角度，則稱之為「Sematic C phase」。以A、C等字母來命名，是依照發現的先後順序來稱呼，依此類推，應該會存在有一個「Sematic B phase」才是。不過後來發覺B phase其實是C phase的一種變形而已，原因是C phase如果帶chiral的結構就是B phase。也就是說，Chiral sematic C phase就是Sematic B phase。而其結構中的一層一層液晶分子，除了每一層的液晶分子都具有傾斜角度之外，一層一層之間的傾斜角度還會形成像螺旋的結構。

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線狀液晶(Nematic)

　　Nematic是希臘字，代表的意思與英文的thread是一樣的。主要是因為用肉眼觀察這種液晶時，會有像絲線一般的圖樣。這種液晶分子在空間上具有一維的規則性排列，所有棒狀液晶分子長軸會選擇某一特定方向(也就是指向矢)作為主軸並相互平行排列。而且不像層狀液晶一樣具有分層結構。與層列型液晶相比，其排列較無秩序，分子傾向平行於某個共同的方向去排列，我們定義這個方向為導軸 (Director Axis)以 n 表示。 
。另外其黏度也較小，所以較易流動(它的流動性主要來自對於分子長軸方向較易自由運動)。線狀液晶就是現在的TFT液晶顯示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶。

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　　這個名字的來源是因為大部份是由膽固醇的衍生物所生成的，但有些沒有膽固醇結構的液晶也會具有此液晶相。如果把這種液晶一層一層分開來看，很像線狀液晶。但是在Z軸方向來看，會發現它的指向矢隨著一層一層的不同而像螺旋狀一樣分布，而當其指向矢旋轉360度所需的分子層厚度就稱為pitch(螺距)。正因為它每一層跟線狀液晶很像，所以也叫做Chiral nematic phase。以膽固醇液晶而言，與指向矢的垂直方向分布的液晶分子，由於其指向矢的不同，就會有不同的光學或是電學的差異，也因此造就了不同的特性。

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碟狀液晶(disk)

　　碟狀液晶也稱為柱狀液晶，以一個個的液晶來說，長的像碟狀(disk)，但是其排列就像是柱狀(discoid)。

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